141

Capitolul

11ILUMINATUL NATURAL

AL CL|DIRILOR

11.1. GENERALIT|}I

Conceptul de confort luminos.

Condi]iile minime care asigur\ gradulde confort din punct de vedere aliluminatului `n cl\dirile de locuit, social-culturale [i industriale sunt influen]atede:

• modul de p\trundere a luminii solare;• cantitatea de lumin\;• dimensiunile golurilor (ferestre, u[i) `n

raport cu cele ale plinurilor.Toate `nc\perile destinate locuin]elor

oamenilor trebuie s\ primeasc\ lumin\natural\. Fac excep]ie urm\toarelespa]ii din cadrul locuin]elor: holuri,vestibuluri, c\m\ri, b\i, W.C.-uri, iar dincadrul cl\dirilor social-culturale, carenecesit\ [i o lumin\ artificial\ [i `ntimpul zilei: s\li de opera]ii chirurgicale,expozi]ii, s\li de spectacole.

~n cl\dirile industriale cu parter, ce aul\]imi mari, iluminarea natural\ esteasigurat\ prin combinarea iluminatuluilateral cu cel de sus.

Confortul luminos, prin efectelepozitive, va condi]iona: s\n\tatealocatarilor, m\rirea productivit\]ii [iexploatarea economic\ a cl\dirilor.

Asigurarea luminii necesare `n`nc\perile cl\dirilor civile va conduce lam\rirea capacit\]ii de a distinge detaliimici [i la cre[terea vitezei de percep]ie.

Nivelul de iluminare natural\ esteinfluen]at de:

• constan]a condi]iilor de iluminare `naer liber, care depind de amplasareageografic\, orientarea cl\dirii, anotimp,ora zilei, nebulozitate;

• culoarea suprafe]elor `nc\perii(culorile deschise conduc la sporirealuminii indirecte reflectate);

142

• cur\]irea geamurilor.

Exigen]e privind iluminatul natural.

Modul de iluminare natural\ a unei`nc\peri (iluminare lateral\, iluminare desus, iluminare combinat\) se va alege `nraport cu destina]ia `nc\perilor(specificul muncii) [i m\rimea acestora.

Valorile iluminatului natural ce trebuieasigurat `n diferite `nc\peri, suntindicate `n standarde, func]ie decategoriile de lucr\ri vizuale (precizialucr\rii).

~ncadrarea orientativ\ a cl\dirilorcivile este indicat\ `n standard `n func]iede categoria de munc\ (precizia lucr\riiprin distingerea unor detalii de diversem\rimi).

Nivelul ilumin\rii medii normate estedeterminat `n raport cu contrastul `ntrefond [i detalii (care poate fi: mic, mediu ,mare) [i luminozitatea fondului (luminos,mediu, `ntunecos).

~n cazul `nc\perilor la care valorilenormate dep\[esc pe cele calculate seutilizeaz\ iluminatul mixt: iluminatulnatural general [i iluminatul artificiallocal.

Iluminarea natural\ exterioar\.

Intensitatea luminoas\ `n spa]iul libereste variabil\ `n func]ie de anotimp, orazilei, condi]ii meteorologice (sau gradulde poluare); intensitatea luminii solarevariaz\ `n cazul bol]ii cere[ti acoperite,`n c^teva minute, de la 100% la 200%,iar `n cazul soarelui str\lucitor [i alnorilor rapizi `n c^teva secunde de maimulte ori 100%.

Lumina natural\ exterioar\ esteconsiderat\ pentru simplificare, luminadifuz\ a bol]ii cere[ti complet acoperite(cer uniform luminos); `n ziua solsti]iuluide iarn\ (`ntre orele 9h [i 30! [i 14h [i30!) se neglijeaz\ eventualul surplus delumin\ produs de razele directe alesoarelui.

Iluminarea exterioar\ orizontal\ `nspa]iul liber variaz\ `ntre 0 [i 100.000 lx,av^nd valoare maxim\ de 70.000 lx.

~n condi]iile ]\rii noastre (latitudinea44-48o), iluminarea exterioar\ dat\ debolta cereasc\ este minim 4000 lx.

Valorile normate ale ilumin\riinaturale interioare au fost determinateconsider^nd iluminarea exterioar\ Ee =4000 lx.

La construc]ii cu carater sezonier,iluminarea exterioar\ poate ficonsiderat\ de Ee = 7000 lx.

11.2. ILUMINATUL INTERIORNATURAL

Iluminatul natural din interiorul`nc\perii se compune din iluminatuldirect (de la bolta cereasc\) [i celindirect (lumina reflectat\ de lasuprafe]ele interioare ale cl\dirilor`nvecinate sau ale terenului) (fig.11.1).

Planul de lucru este planul orizontalla care se raporteaz\ valorile de calcul[i normate ale ilumin\rii naturale.Conven]ional, planul de lucru seconsider\ situat la 0,85...1,00 m depardoseal\ sau `n unele cazuri chiar lanivelul pardoselii (culoare de circula]ie,holuri de hoteluri, grupuri sanitare, s\li

143

de sport, gr\dini]e). ~n cazuri deosebitese consider\ 1,5 m de la pardoseal\(cazul atelierelor de pictur\).

Uniformitatea ilumin\rii este raportul`ntre valorile minime [i maxime aleilumin\rii naturale interioare `n limitelezonei de lucru (except^nd zoneleperimetrale de 3...4 m de la suprafe]elevitrate).

Factorii de uniformitate (Emin/Emed,Emin/Emax), `n `nc\perile din cl\dirilecivile, trebuie s\ se `ncadreze `n limiteleindicate de standard, func]ie de precizialucr\rii [i nivelul ilumin\rii (Emin/Emed=0,65 - pe planul de lucru [i Emin/Emax=0,50 - `n orice punct).

Uniformitatea ilumin\rii naturale `n`nc\perile cl\dirilor civile se poateob]ine prin utilizarea cercevelelor`nguste, alegerea pordoseii de culoaredeschis\, a ferestrelor cu dimensiunimari, a pere]ilor cu grosime mic\.

Folosirea jaluzelelor poate ameliorafactorul de uniformitate a ilumin\riiEmin/Emax de la 5/195 la 1/115, dar cu osc\dere a ilumin\rii medii de la Em = 39lx la 27 lx [i a randamentului de la 48%la 33%.

Iluminarea natural\ indirect\ estecompus\ din lumina reflectat\ de lasuprafe]ele interioare (pere]i, tavane,pardoseal\), de la suprafe]eleexterioare ale cl\dirilor `nvecinate sau

ale terenului. Aportul luminii reflectatede lasuprafe]ele interioare (prin folosireaculorilor deschise) este `n specialimportant `n zona unde influen]a luminiinaturale directe este mai mic\.

Corela]ia `ntre ambian]a general\ a`nc\perii, coeficientul de reflexie mediual suprafe]elor ce limiteaz\ `nc\perea(Ym) [i factorul psihologic de ambian]\(1/1-Ym) este determinat func]ie deambian]a `nc\perii (foarte luminoas\,luminoas\, medie, `ntunecoas\, foarte`ntunecoas\).

Ameliorarea ilumin\rii naturale `n`nc\perile `ntunecoase se poate realizaprin folosirea prismelor de sticl\ (Luxfer)care deviaz\ lumina natural\ venit\ dela `n\l]ime sub unghi redus,transmi]^ndu-se spre partea din spate a`nc\perii (fig. 11.1.III ).

Valorile informative ale coeficien]ilorde reflexie pentru culori (vopsitorie,zugr\veli, tapete) pentru diversemateriale [i suprafe]e ( interioare [iexterioare) variaz\ `ntre 0,88 (alb) [i0,02 (negru).

Iluminarea natural\ vertical\ prinferestre.

Dimensiunile ferestrelor (Sf) `n func]iede suprafa]a pardoselii (Sp) a `nc\periitrebuie s\ satisfac\ valorile minimenormate func]ie de precizia lucr\rii(distingerea detaliilor de diferite m\rimi)[i destina]ia `nc\perii.

144

M\rirea ilumin\rii naturale indirecte (reflectate)

H

A

II.

Componentele iluminatului natural

0

20

80

100

40

60

2H1H 3H 4H

Iluminare direct\

Iluminare indirect\Plan de lucru

H - `n\l]imea ferestrei

Iluminare direct\

Cl\dire`nvecinat\

Iluminare indirect\ reflectat\de cl\direa `nvecinat\

Iluminare reflectat\din interior (pere]i,

pardoseal\)

Punct caracteristicpentru determinarea

ilumin\rii naturale

Detaliu A

III.

Iluminarea direct\ [i indirect\

Componentele ilumin\rii `ntr-un punct caracteristic

Distan]a de la fereastr\

Fig. 11.1 Componentele ilumin\rii naturale laterale. I. Iluminarea direct\ [iindirect\ reflectat\ interioar\. II. Iluminarea `ntr-un punct P (direct\, indirect\,exterioar\ [i interioar\). III. M\rirea ilumin\rii indirecte (reflectate din interior) .

I.

145

Valorile normate sunt valabile pentruferestrele av^nd raportul aldimensiunilor l\]ime/ad^ncime,(fa]\ depozi]ia ferestrelor) mai mici de 0,5.

Iluminarea natural\ a unei `nc\perinu este propor]ional\ cu suprafa]aferestrelor Sf c^nd Sf>(1/10...1/8)Sp.M\rind suprafa]a ferestrelor Sf la(1/6...1/3)Sp iluminarea natural\ medieva cre[te numai cu 60%.

Grosimea mare a pere]ilordiminueaz\ uniformitatea ilumin\riinaturale interioare. Se recomand\ ca la`nc\perile cu suprafa]\ mare de lucru,aria pardoselii s\ nu dep\[easc\ unsfert din suprafa]a ferestrei.

Amplasarea ferestrei `n spa]iulsuperior al peretelui va conduce lasc\derea randamentului ilumin\riinaturale, dar se va ob]ine o uniformitatesporit\, deoarece valorile ilumin\riinaturale cresc spre partea opus\ferestrei, sporind totodat\ utilizareaavantajoas\ a acestei p\r]i a `nc\perii.

Stabilirea simplificat\ a ilumin\riiverticale prin ferestre. Pere]ii verticali pecare sunt pozate ferestrele suntilumina]i de jum\tate din bolta cereasc\(Ev=0,5 Ee).

~n cazul ilumin\rii naturale prinferestre verticale, factorul fereastr\ (f)este egal cu raportul `ntre iluminareaprin ferestre (Ef) [i iluminarea exterioar\(Ee).

f = Ef/Ee ; Ef = Ee⋅f (11.1)

Factorul fereastr\ (f) se determin\func]ie de raportul B/H (B-distan]a p^n\la cl\direa exterioar\ [i H - `n\l]imea

cl\dirii exterioare) [i L/H (L - lungimeacl\dirii exterioare [i H - `n\l]imea ei).

Iluminarea natural\ `n `nc\pere prinferestre laterale se determin\ cu rela]ia:

E E fSSv e

f

p

= ⋅ ⋅ ⋅η (11.2)

`n care:Ev - iluminarea natural\ `n `nc\pere;Ee -iluminarea natural\ exterioar\

(min 4000 Ix);f - factorul fereastr\;η - randamentul ilumin\rii naturale

(val. medie 40%);Sf - suprafa]a ferestrelor;Sp - suprafa]a pardoseliei ce este

dependent\ de raportul Sf/Sp care efunc]ie de destina]ia `nc\perii.

~n cazul ferestrelor amplasate `npere]i de grosime mare factorulfereastr\ (f) se corecteaz\ cu uncoeficient, func]ie de b/t [i h/t, dereducere (`n care b - l\]imea, h -`n\l]imea, t - grosimea ferestrei ).

11.3. CALCULUL ILUMIN|RIINATURALE

Calculul se efectueaz\ `n punctecaracteristice pe planul de lucru alsec]iunilor principale ale `nc\perii .

Iluminarea `ntr-un punct caracteristicdin `nc\pere se realizeaz\ prin`nsumarea simultan\ sau par]ial\ ailumin\rii directe [i reflectate [i estedat\ de rela]ia:

E E E E Ed ri re rt= + + + (Ix) (11.3)

`n care:E - iluminarea interioar\;

146

Ed - iluminarea direct\;Eri - iluminarea reflectat\ interioar\;

Ere - iluminarea reflectat\ exterioar\de la cl\diri;

Ert - iluminarea reflectat\ de la teren.Iluminarea direct\ Ed se determin\ cu

rela]ia:E E t e q td c c= ⋅ = ⋅ ⋅ (11.4)

`n care:Ed - iluminarea direct\;Ec - iluminarea de calcul;t - coeficient de reducere a luminii

func]ie de: m\rimea cercevelelor (lemn,beton armat, metal), gradul demurd\rire [i pozi]ia geamurilor [iopturarea par]ial\ a ilumun\rii directedatorit\ elementelor de rezisten]\;

ec - coeficientul bol]ii cere[ti; q - coeficient influen]at de distribu]ia

neuniform\ a intensit\]ii luminoase abol]ii cere[ti [i se determin\ cu rela]ia:

q = +37

1 2( sin )θ (11.5)

`n care:θ - unghiul format de linia orizontal\

cu dreapta care une[te punctul dat decentrul golului de lumin\ din sec]iuneatransversal\ sau longitudinal\.

Calculul coeficientului bol]ii cere[ti (ec)

Coeficientul bol]ii cere[ti este raportul`ntre proiec]ia suprafe]ei Sc (proiec]iasemibol]ii cere[ti ce lumineaz\ punctulP) [i proiec]ia `ntregii semibol]i cere[ti(fig. 2):

eS

rcc=

⋅⋅cosβ

π 2 (11.6)

`n care:Sc- suprafa]a de cer v\zut\ prin golul

de lumin\;Sccosβ - proiec]ia suprafe]ei "Sc" pe

planul orizontal;r - raza proiec]iei semibol]ii cere[ti pe

plan orizontal.Determinarea practic\ a coeficientului

bol]ii cere[ti se face cu metoda razelorcunoscut\ [i sub denumirea de metodaDaniliuk:

ee e

e eI III II0 100

0 001=⋅

= ⋅ ⋅, (%) (11.7)

sau

ee e

e eI III II0

4000100

40=⋅ ⋅

= ⋅ ⋅ (lx) (11.8)

Punctul caracteristic P (unde sedetermin\ coeficientul bol]ii cere[ti) dininteriorul `nc\perii reprezint\ mijloculsemisferei cerului [i, `n acela[i timp,v^rful unghiului solid care cuprinde golulde lumin\ [i por]iunea din semiboltacereasc\ ce lumineaz\ acest punct.

Metoda razelor determin\, pe calegrafic\, coeficientul bol]ii cere[ti folosinddou\ grafice unghiulare (fig. 11.2).

Suprafa]a aparent\ a semibol]iicere[ti se `mparte printr-un caroiaj sferic`n 10.000 p\r]i unitare, 100 p\r]i prinmeridiane [i 100 p\r]i prin paralele.

Utiliz^nd cele dou\ grafice unghiularese determin\ num\rul de por]iuniunitare al semibol]ii cere[ti carelumineaz\ punctul P, unde secalculeaz\ iluminarea natural\.

147

Determinarea coeficientului bol]ii cere[ti (metoda razelor - Daniliuk)

Conceptul metodei razelor

I

I

IIII

I

II

P

~mp\r]irea bol]ii cere[ti `npor]iuni unitare

Sc

Sc cos β

β

r

Legea proiec]iei unghiului solid

Formarea graficelor I [i II

P

A.

B. Utilizarea graficelor I [i II pentru determinarea lui [i e1 [i e2 (iluminatul lateral)

100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100

110

120

130

140

110

120

130

140

eI

C

Graficul I

Sec]iuneatransversal\prin `nc\pere

Cercul care treceprin mijlocul golului

de lumin\ (C)

Graficul II

Paralela (C) careface leg\tura cu

graficul I

C

eII Planul `nc\perii

00

20

40

60

80

100

120

0

20

40

60

80

100

120

Fig. 11.2 Determinarea coeficientului bol]ii cere[ti. A. Conceptul metodei razelor. B.Folosirea graficelor lui Daniliuk pentru determinarea iluminatului natural (lateral)

148

Practic pentru determinarea lui ec seprocedeaz\ astfel:

• pe sec]iunea transversal\ a`nc\perii (sau longitudinal\), pe caresunt figurate golurile de lumin\, sea[eaz\ graficul I astfel `nc^t centrulacestuia s\ coincid\ cu punctul a c\ruiiluminare se determin\. Raza 00 trebuies\ fie vertical\ `n punctul P. Se vornum\ra razele care trec prin goluri (eI) [ise va nota num\rul cercului, care treceprin mijlocul golului ferestrei.

• pe planul orizontal al `nc\perii,desenat la aceia[i scar\ cu sec]iunea,se suprapune graficul II, `n a[a fel `nc^taxa graficului 00 s\ treac\ prin punctulP (fig. 11.3).

Planul vertical, ce con]ine axalongitudinal\ a peretelui `n care se afl\golul de lumin\, trebuie s\ coincid\ cudreapta din grafic purt^nd acela[i num\rcu cercul din graficul I (astfel se faceleg\tura `ntre cele dou\ grafice) se vornum\ra razele care trec prin goluri (eII).

Iluminarea indirect\

Iluminarea indirect\ se ob]ine dinlumina reflectat\ din interior (Eri) [i dinexterior (Ercl, Ert).

Iluminarea natural\ produs\ delumina reflectat\ de la suprafe]eleinterioare (tavane, pere]i, pardoseli) secalculeaz\ cu rela]iile (fig. 3):

- `n cazul iluminatului interior:Eri = Ec min⋅R1 (11.9)

- `n cazul iluminatului de sus:Eri = Eo med ⋅R2 (11.10)

- `n cazul iluminatului combinat:

2c1cvi REREEmedmin

⋅+⋅= (11.11)

`n care:Ec min - valoarea minim\ a luminii de

calcul;R1 - factorul de reflexie pentru

iluminatul lateral care poate fi unilateralsau bilateral;

EE E E E

ncn

med=

+ + + +1 2 2 3 2/ /... (11.12)

`n care:n - num\rul punctelor caracteristice `n

care se calculeaz\ iluminarea;R2 - factorul de reflexie pentru

iluminatul de sus care este func]ie denum\rul deschiderilor [i raportul H/L `ncare, H - `n\l]imea `nc\perii; L - l\]imea`nc\perii.

Coeficientul mediu de reflexie:

321

332211med SSS

SSS++

ρ+ρ+ρ=ρ (11.13)

`n care:Y1 ,ρ2 ,ρ3 - coeficien]i de reflexie a

suprafe]elor (func]ie de culoareapere]ilor, tavanelor, pardoselii);

S1, S2,...Sn - suprafe]ele respectiveale pere]ilor, tavanului, pardoselii.

Iluminarea natural\, produs\ delumina reflectat\ de la cl\dirileexterioare sau de la terenul exterior secalculeaz\ cu rela]iile:

tE10,0Eclcl cv ⋅⋅= (11.14)

`n care:

149

Iluminatul interior natural combinat (lateral [i de sus)

Iluminare indirect\reflectat\ din interior

Iluminare indirect\reflectat\ din interior

Iluminare direct\ lateral\Iluminaredirect\ lateral\

Planul de lucruLumin\ reflectat\ din interior Lumin\ reflectat\ din interior

Componentele iluminatului interior direct (lateral [i de sus) [i indirect (reflectat)

Iluminaredirect\de sus

I.

Iluminare combinat\lateral\ [i de susIluminare de sus Iluminare lateral\

Planul de lucru

Curbele ilumin\rii naturale laterale, de sus [i combinateII.

Fig. 11.3 Iluminatul natural combinat. I. Componentele iluminatului natural.II. Curbele iluminatului natural.

150

clcE - iluminarea natural\ ce s-ar

realiza de la bolta cereasc\ pepor]iunea cl\dirii;

t - coeficient de reducere a luminiifunc]ie de gradul de murd\rire [i pozi]iageamului (orizontal, vertical, `nclinat) [inatura cercevelelor (metal, lemn, betonarmat);

E E RTt c= ⋅min 3 (11.15)

`n care:

mincE - valoarea minim\ a luminii de

calcul;R3 - factor de reflexie a terenului

func]ie de raportul B/h `n care; B -ad^ncimea `nc\perii; h - `n\l]imeaferestrei peste planul de lucru.

Concep]ia cl\dirilor civile din punct devedere al asigur\rii unui iluminat naturaloptim trebuie corelat\ cu izolareatermic\ suplimentar\ a spa]iilor vitrate.